血管内皮生长因子与动脉粥样硬化斑块的研究进展

    岑团 黄照河 刘燕

    【关键词】 血管内皮生长因子;血管生成;动脉粥样硬化

    中图分类号：R543. 文献标志码： DOI：10.3969/j.issn.10031383.2021.06.012

    动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）是冠心病、脑梗死、外周血管病的主要原因。AS的病理特征主要有脂质沉着、炎症反应、平滑肌细胞增生及泡沫细胞形成和内膜增厚等，其过程是受累动脉病变从内膜开始，一般先有脂质和复合糖类积聚、出血及血栓形成，进而纤维组织增生及钙质沉着，并有动脉中层的逐渐蜕变和钙化，导致动脉壁增厚变硬、血管腔狭窄。AS是多因素共同作用引起的，发病机制复杂，目前尚未完全阐明。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是FERRARA等[1]1989年首次在以牛垂体滤泡细胞为条件的培养基中鉴定出来的一种促有丝分裂原，具有多种功能，对血管内皮细胞具有独特的特异性，主要调节人体血管的生理和病理形成过程。VEGF作为一种高度特异性的促血管内皮细胞生长因子，能促进血管内皮细胞分裂、增殖、迁移以及促进细胞外基质变性、增加血管通透性，还具有促进炎症反应、抗凋亡等作用。研究发现[2]，动脉粥样硬化斑块一旦有新生血管形成，VEGF及其受体在动脉粥样硬化斑块内则存在显著表达，由此推测VEGF在动脉粥样硬化斑块的发生发展中起重要调节作用。因此，本文就VEGF对动脉粥样硬化斑块稳定性的影响作一综述。

    1 VEGF的概述

    1.1 VEGF的结构

    VEGF是一个家族，包括VEGFA、VEGFB、VEGFC、VEGFD、VEGFE和胎盘生长因子（placental growth factor，PGF）六种类型，主要由半胱氨酸组成，它们分子空间结构相似，能与肝素结合，活性形式为蛋白二聚体。VEGF通常指VEGFA，分子结构由2个相同亚基以二硫键共价连接，形成反平行同分异构体的二聚体糖蛋白，分子量为46 kD，其基因位点在6p21.1号染色体上，全长28 kb，7个内含子将8个外显子区域隔开，编码区跨度约为14 kb，每个位点都有其特定的功能，其中外显子1是转录起始位点（TSS）和翻译起始位点（ATG），外显子6和7编码肝素结合域，外显子8是替代终止密码子（TGA1和TGA2）[3]。在人体组织内，由于mRNA对外显子6、7、8中交替的5'和3'剪接位点的选择性剪切，VEGFA可产生六种亚型结构，包括VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF183、VEGF189和VEGF206，其中VEGF165是主要的存在形式。VEGF121、VEGF145、VEGF165属于分泌型可溶性蛋白，能形成具有活性的蛋白二聚体，通过旁分泌和自分泌方式作用于细胞表面相关受体来发挥生物学效应，VEGF183、VEGF189和VEGF206属于细胞膜结合型蛋白[4]。

    1.2 VEGF的生物学效应

    血管内皮生长因子受体（VEGFR）主要包括VEGFR1（flt1）、VEGFR2（flk1/KDR）、VEGFR3（flt4）三种类型，它们属于受体酪氨酸激酶（receptors tyrosine kinase，RTK），由胞外配体结合区和胞质区的Ig样结构域、跨膜结构域和酪氨酸激酶（proteintyrosine kinases，PTK）结构域3个部分组成，配体和受体结合后激活PTK，使RTK结构域的酪氨酸残基发生磷酸化，磷酸酪氨酸和周围的氨基酸残基构成衔接分子的结合位点，继而启动细胞内的信号传导通路。在人体组织中，VEGFR1和VEGFR2主要在血管内皮细胞表达，VEGFR3主要在淋巴内皮细胞表达。此外，单核细胞/巨噬细胞、滋养层细胞和肾间质细胞等也表达VEGFR1，造血干细胞及巨核细胞等也表达VEGFR2，二者都在肿瘤细胞高表达[5]。

    血管新生来源于组织源性的信号转导系统，其中最重要的是VEGFVEGFR信号传导通路，VEGF与其受体结合后激活PTK，引发一系列的信号转导通路，在血管系统发育、重塑及成熟过程中起着非常重要的调控作用[6]。VEGF与其受体结合的亲和力不同，VEGFA与VEGFR1结合力比VEGFR2强10倍，但血管生成中的主要信号转导受体是VEGFR2，主要参与血管生成的调控，如肿瘤和糖尿病血管形成视网膜病变等。VEGFC、VEGFD与VEGFR3结合紧密，主要参与淋巴管生成的调控[7]。研究表明，VEGFA与VEGFR2结合后通过PLCγ1信号通路调节血管内皮细胞的分裂和增殖，通过Src、FAK信号通路调节血管内皮细胞的迁移，通过JAK2、Akt信号通路调节血管内皮细胞的分裂、增殖、迁移及生存[8]。并且，VEGFA与其受体结合后，通过PI3K/Akt/mTOR信号通路增强内皮细胞源性一氧化氮合成酶（nitrogen monoxide synthetase，eNOS）的活性，促进新生血管的重塑、成熟[9～10]。VEGFA与VEGFR1结合主要引起单核细胞/巨噬细胞的活化和迁移[11]。此外，VEGFA与VEGFR2结合可通过PI3K/Akt通路，提高抗凋亡蛋白Bcl2表达及降低凋亡蛋白Bad表达[12]。

    2 VEGF与AS

    2.1 VEGF与稳定型动脉粥样硬化斑块

    斑块中血管生成不是动脉粥样硬化形成的必要条件，可能是对动脉壁病理状态的生理反应。在正常的血管壁中，内膜需氧是由氧气经管腔扩散而提供，而中膜和外膜则由脉管血管滋养，同时经过一系列代谢清除废物并维持血管代谢稳态。当内膜形成动脉粥样硬化斑块时，内膜变厚，内膜深层与血管腔表面之间的距离增加，最终超过氧扩散阈值（250～500 mm），导致低氧张力引起氧气供应减少。并且，炎症反应会导致氧气需求的增加，最终破坏了血氧供需之间的平衡，从而导致血管壁的局部缺氧[13]。冠状动脉外膜由于具有营养血管而成为引起炎症的原因，ITO等[14]评估了新鲜尸体附近心外膜脂肪组织的局部炎症与冠状动脉粥样硬化之间的联系，发现在富含脂类的相邻心外膜脂肪组织中可观察到炎症分子（即VEGFA和VEGFB）的表达高于贫脂病变。同时，活化的炎症细胞可产生促血管生成因子，包括白介素8（interleukin 8，IL8）、缺氧誘导因子1a （hypoxia inducible factor1a，HIF1a）、E26转录因子1（Ets1）和VEGF等，它们也诱导斑块内血管生成[15]。有研究发现，VEGF、HIF1a和Ets1在斑块深层共存，并且在同一细胞中（包括新生血管内皮细胞、炎症细胞和平滑肌细胞）HIF1a/VEGF/Ets1级联上调，说明动脉粥样硬化中的缺氧诱导性血管生成因子可促进斑块内血管生成[16]。

    缺氧和炎症可以相互影响，两种刺激都可能引发动脉粥样硬化中的血管生成级联反应。在起始阶段，VEGF表达水平的增加促进血管内皮细胞的增殖，导致不成熟的新生血管。同时，基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）促进细胞外基质的重塑，并增加细胞外基质螯合VEGF的生物利用度。在新生血管的建立和灌注过程中，VEGF表达水平下降，紧接的是血小板衍生生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）、血管生成素（Ang）和转化生长因子β1（transforming growth factorβ1，TGFβ1）表达水平上升，从而募集周细胞和血管平滑肌细胞到血管内皮细胞周围，促进基底膜形成，由此形成稳定成熟的血管[17]。

    在稳定期斑块中，VEGF和血管抑制因子之间的平衡处于良好的协调控制中，使血管增生维持在正常生理范围内。斑块内新生血管是抵抗缺氧的关键防御机制，同时有助于单核细胞/巨噬细胞逆向转运胆固醇，是斑块消退所必需的[18]。上述两种机制均有利于血管内膜的修复，随着血管壁侵害的减少，血管壁功能的恢复，动脉粥样硬化斑块的发展便趋于稳定状态。

    2.2 VEGF与不稳定型动脉粥样硬化斑块

    在进展期斑块中，血管生成级联反应的失败会导致病理性血管生成。目前研究发现，动脉粥样硬化不稳定斑块的主要病理特征就是大量病理性新生血管形成[19]。这些新生血管通常发育不成熟，仅是由内皮细胞围成的简单管道，缺乏周细胞和平滑肌细胞等支撑细胞，没有基底膜，也没有感受血流或血压的受体。而且，人动脉粥样硬化斑块中的新生血管结构不完整，发现血管内皮细胞异常，出現膜泡、胞浆内液泡，血管内皮细胞之间开放连接且与基底膜分离。研究显示，VEGF可破坏糖尿病伴动脉粥样硬化的内皮屏障和紧密连接完整性，导致细胞间间隙的形成，并且还可通过融合的单层显著提高低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）渗透性[20]。因此，缺乏周细胞和平滑肌细胞等支撑细胞可能是新生血管发育不成熟的重要原因。PELISEK等[2]对56例行颈动脉斑块切除术（CEA）的高度颈动脉狭窄（>70%）患者进行研究，发现不稳定斑块中高表达的VEGF可能增加炎症细胞的积累，低表达的血管生成素1（Ang1）和高水平的血管生成素2（Ang2）可能促进新生血管的通透性和不稳定性。因此，斑块内新生血管发育不成熟的重要原因可能与相关因子及VEGF作用不协调有关。

    VEGF可通过病理性血管新生和炎症浸润等机制促进斑块的易损性和不稳定性。病理性新生血管通常发育不成熟，其特征是结构不完整、内皮脆性大、通透性增加，这就为血脂沉积于斑块提供了重要途径。同时，VEGF与VEGFR1结合可介导单核细胞/巨噬细胞的趋化作用，使炎症细胞、炎症因子聚集在病变处，加剧斑块内的炎症反应。研究发现，人脐静脉内皮细胞进行缺氧诱导后炎症表型增加，肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factorα，TNFα）、ICAM1、VCAM1、IL6和IL1β分泌增多，血管通透性增加，并促进炎症细胞向炎症区域迁移[21]。E选择素是白细胞跨上皮迁移所必需的黏附分子，单独的VEGF不能诱导ICAM1、VCAM1和E选择素的表达，但它协同增强了TNFα诱导E选择素的表达，而E选择素的上调使内皮细胞对细胞因子敏感，导致选择性促炎反应增强[22]。这些高表达的黏附分子（VCAM1、ICAM1和E选择素）是单核/巨噬细胞向病变部位迁移的重要调节因素，从而形成了一个促进病变部位血管发生的正反馈调节机制。不成熟的病理性新生血管也易于红细胞外渗导致斑块内出血，使斑块增大，加重斑块负荷，增加斑块破裂的风险，同时也提供红细胞衍生的磷脂和游离胆固醇[23]。当脆弱的斑块内毛细血管破裂时，可导致斑块内出血、氧化应激、炎性反应增强、缺氧加重等，特别是具有Hp22基因型的糖尿病患者受到的影响更大[24]。缺氧导致巨噬细胞的死亡和坏死核心的形成，巨噬细胞吞噬富含脂质的碎片，变成泡沫细胞，最终扩大斑块的脂质核心。同时，研究发现VEGF能上调炎症细胞表达MMP，使细胞外基质降解，导致纤维帽变薄，最终引起斑块破裂出血[25]。继而激活组织因子（tissue factor，TF），通过TF途径使表面形成血栓或刺激血管痉挛，引起冠脉完全阻塞，导致急性心肌梗死等严重的心血管事件。因此，从内皮功能障碍到斑块破裂出血，VEGF在动脉粥样硬化的各个阶段直接或间接地起重要作用。

    3 总结和展望VEGF在动脉粥样硬化的发生发展中具有双重作用，既有利于血管内膜的修复，又降低动脉粥样硬化斑块的稳定性，只有深入研究VEGF在动脉粥样硬化斑块中的分子机制，才能正确评价VEGF对动脉粥样硬化斑块发生发展的作用。

    参 考 文 献

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    （收稿日期：2020-11-19 修回日期：2020-12-04）

    （編辑：潘明志）